双光路宽范围骨料粒径检测设备及方法

本发明涉及新材料检测，尤其是涉及一种双光路宽范围骨料粒径检测设备及方法。

背景技术：

1、动态图像粒度粒形分析技术已广泛应用于矿山、冶金、建材等领域，其基本原理是通过摄像装置采集自由落体或流动状态下的颗粒图像，经图像处理分析获取粒径、粒形等参数。该技术具有检测速度快、采样量大、可同时获取粒形信息等优点，逐渐成为颗粒粒度分析的重要手段。

2、在洞渣骨料检测场景中，洞渣骨料的粒径分布范围极宽，从毫米级细粉到数十毫米甚至更大粒径的粗骨料均有分布。理想情况下，检测设备应能够覆盖0.16mm至50mm的完整粒径范围，以满足工程对骨料级配分析的全面需求。

3、然而，现有基于图像法的检测方案受限于图像采集像素与镜头景深之间的矛盾，仅能实现较窄的粒径覆盖范围。具体而言：

4、一方面，若采用高倍率远心镜头，虽然在小粒径区间（0.16mm至5mm）能够获得高精度、低畸变的图像，但其视场较小、景深有限，当颗粒尺寸超过5mm时，大颗粒往往超出景深范围导致边缘模糊，或超出视场范围导致成像不全，无法准确识别粒径。

5、另一方面，若采用低倍率定焦镜头，虽然能够覆盖更大的视场和景深，适用于大粒径颗粒（5mm至50mm）的检测，但其对小粒径颗粒的成像像素点严重不足，例如0.16mm的颗粒在图像中仅占数个像素，无法满足粒径测量的精度要求。

6、由此可见，单一镜头方案无法同时兼顾小粒径区间的精度要求和大粒径区间的视场、景深要求，即存在宽范围检测与高精度检测不可兼得的技术矛盾。现有图像法检测设备的典型检测区间仅为0.16mm至5mm，超过此范围的颗粒要么无法成像，要么测量误差急剧增大，难以满足洞渣骨料等宽分布物料的实际检测需求。

7、为突破这一局限，部分现有技术尝试采用两套独立检测机构的方案：第一检测相机配置远心镜头，专门用于检测小粒径颗粒；第二检测相机配置定焦镜头，专门用于检测大粒径颗粒。两套机构独立工作，分别输出各自粒径区间的检测结果，理论上可以拼接形成覆盖0.16mm至50mm的宽范围检测能力。

8、然而，经实际应用发现，这种双机构独立检测方案仍存在以下技术问题：

9、第一，重叠区测量结果不一致。两套机构在粒径重叠区（如5mm附近）对同一粒径区间的颗粒分别进行测量，但由于镜头畸变特性、标定误差、光照条件差异等因素，两者的测量结果往往存在系统偏差。例如，对同一批5mm左右的颗粒，远心镜头测得的平均粒径可能为5.21mm，而定焦镜头测得的平均粒径可能为4.85mm，两者偏差可达7%以上。

10、第二，偏差来源难以定位。当两套机构的测量结果不一致时，无法判断是远心镜头高估了小颗粒、还是定焦镜头低估了大颗粒，抑或两者均有偏差，导致无法进行针对性的校准。

11、第三，缺乏在线校准手段。现有方案通常在设备出厂前或停机期间进行一次性标定，无法在使用过程中实时监测和校正系统偏差。随着设备长期运行，镜头污染、光源衰减、机械振动等因素会进一步加剧测量偏差，导致检测精度持续下降。

技术实现思路

1、本发明提供了一种双光路宽范围骨料粒径检测设备及方法，以缓解现有双检测机构独立检测方案中，两套机构在粒径重叠区测量结果存在系统偏差、难以实现宽范围精准检测的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

3、一种双光路宽范围骨料粒径检测设备，包括第一检测相机、第二检测相机和协同送料机构；

4、所述协同送料机构包括承载基座、切换圆盘和标准筒；

5、所述切换圆盘上设置有第一入料口和第二入料口，且所述切换圆盘能够绕自身轴线旋转；

6、所述承载基座设置于所述切换圆盘下方，设置有第一对接口和第二对接口，所述第一对接口与所述第一检测相机对应连接，所述第二对接口与所述第二检测相机对应连接；

7、在正常位下，所述第一入料口对接所述第一对接口形成第一输送流道，小颗粒经所述第一输送流道输送至所述第一检测相机；所述第二入料口对接所述第二对接口形成第二输送流道，大颗粒经所述第二输送流道输送至所述第二检测相机；

8、在交叉位下，所述第一入料口对接所述第二对接口形成第一校准流道，所述标准筒与所述第一校准流道导通，大颗粒和标准颗粒经所述第一校准流道输送至所述第一检测相机；所述第二入料口对接所述第一对接口形成第二校准流道，所述标准筒与所述第二校准流道导通，小颗粒和标准颗粒经所述第二校准流道输送至所述第二检测相机。

9、进一步地，所述协同送料机构包括第一软管和第二软管；

10、所述第一软管与所述第一入料口对接；

11、所述第二软管与所述第二入料口对接。

12、进一步地，所述协同送料机构包括第一输出管和第二输出管；

13、所述第一输出管的一端与所述第一对接口连通，另一端靠近所述第一检测相机；

14、所述第二输出管的一端与所述第二对接口连通，另一端靠近所述第二检测相机。

15、进一步地，还包括第一辅助管道和第二辅助管道；

16、所述第一辅助管道一端与所述标准筒相连，另一端与所述第一输出管选择导通；

17、所述第二辅助管道一端与所述标准筒相连，另一端与所述第二输出管选择导通。

18、进一步地，所述协同送料机构包括驱动装置，所述切换圆盘由所述驱动装置驱动；

19、所述驱动装置包括驱动齿轮，所述驱动齿轮连接有驱动电机；

20、所述切换圆盘外周设置有与所述驱动齿轮啮合的外齿圈。

21、一种用于如上所述双光路宽范围骨料粒径检测设备的方法，包括如下步骤：

22、比较第一检测相机与第二检测相机在粒径重叠区内对实际物料的测量结果，当两者不一致且偏差超过预设阈值时，触发校准流程；

23、将所述协同送料机构从正常位切换至交叉位，使第一检测相机同时接收大颗粒物料和标准颗粒，第二检测相机同时接收小颗粒物料和标准颗粒；

24、获取第一检测相机测得的标准颗粒粒径、第二检测相机测得的标准颗粒粒径、第一检测相机测得的重叠区内大颗粒的代表粒径，以及第二检测相机测得的重叠区内小颗粒的代表粒径；

25、分别计算第一检测相机与第二检测相机之间对标准颗粒的互偏差、第一检测相机内部大颗粒与标准颗粒之间的第一内偏差、以及第二检测相机内部小颗粒与标准颗粒之间的第二内偏差；

26、当所述互偏差超过第一阈值时，以第一检测相机为基准调整第二检测相机的测量参数；

27、当所述第一内偏差超过第二阈值时，对第一检测相机在重叠区内的测量结果进行线性修正；

28、当所述第二内偏差超过第二阈值时，对第二检测相机在重叠区内的测量结果进行线性修正；

29、当所述互偏差、第一内偏差和第二内偏差均回落至各自允许范围内时，将所述协同送料机构切换回正常位，恢复正常检测。

30、进一步地，所述互偏差的计算方法为：将第一检测相机测得的标准颗粒粒径与第二检测相机测得的标准颗粒粒径的差值取绝对值，再除以第一检测相机测得的标准颗粒粒径，所得百分比即为互偏差。

31、进一步地，所述第一内偏差的计算方法为：将第一检测相机测得的重叠区内大颗粒的代表粒径与第一检测相机测得的同一标准颗粒的粒径差值取绝对值，再除以该标准颗粒的粒径，所得百分比即为第一内偏差。

32、进一步地，所述第二内偏差的计算方法为：将第二检测相机测得的重叠区内小颗粒的代表粒径与第二检测相机测得的同一标准颗粒的粒径差值取绝对值，再除以该标准颗粒的粒径，所得百分比即为第二内偏差。

33、进一步地，所述线性修正的方法为：采集多个校准数据点，建立重叠区内实际物料测量值与标准颗粒测量值之间的线性对应关系，然后利用该关系对后续所有重叠区内的测量值进行修正，使修正后的值向标准颗粒测量值靠拢。

34、本发明的有益效果在于：

35、本发明采用双光路结构，分别配置第一检测相机和第二检测相机，分别针对小粒径和大粒径进行图像采集与分析，两者在重叠区形成交叉测量，从而建立数据比对与互校验的基准。通过这种分段覆盖与重叠区设计，本发明突破了单一镜头在像素精度与景深范围之间的技术矛盾，实现了宽范围检测。

36、在此基础上，本发明通过协同送料机构实现检测通道的切换，支持正常位和交叉位两种工作状态。正常位下，小颗粒进入第一检测相机，大颗粒进入第二检测相机；交叉位下，第一检测相机同时接收大颗粒和标准颗粒，第二检测相机同时接收小颗粒和标准颗粒。系统引入标准颗粒作为参考基准，分别计算互偏差、第一内偏差和第二内偏差。通过这三种偏差的联合分析，系统能够判断两套系统之间的一致性以及各自在重叠区内的线性响应情况，从而实现双相机的独立校准与联合校准。

37、本发明能够覆盖0.16mm至50mm的检测范围，避免了单一镜头因像素不足或景深不足导致的检测盲区，特别适用于洞渣骨料、碎石等粒度分布极宽的工业物料。同时，重叠区交叉验证机制可实时检测两套系统之间的测量偏差，标准颗粒引入机制可在不影响正常检测的前提下实现原位、在线校准，线性修正算法可根据校准数据对重叠区的测量结果进行动态补偿，显著降低系统误差。